Titolazioni di miscele di basi: esercizi svolti

Le titolazioni di miscele di basi come idrossido di sodio e carbonato di sodio presentano in genere due punti equivalenti.

In queste  titolazioni di miscele di base si utilizzano quindi due  indicatori  che devono avere il requisito di virare ad opportuni valori di pH

Ad esempio si può titolare una soluzione contenente una miscela di due basi purché la costante di equilibrio K_b della base più forte sia almeno 10⁴ volte maggiore rispetto alla K_b della base più debole.

Esercizi

1)      Per neutralizzare completamente 25.0 mL di una soluzione di NaOH e Na₂CO₃ sono occorsi 25.0 mL di una soluzione 0.200 N di HCl usando come indicatore la fenolftaleina. Un ugual misura di soluzione è stata titolata da 60 mL di HCl 0.100 N usando come indicatore il metilarancio. Calcolare le concentrazioni di NaOH e Na₂CO₃ presenti nella soluzione.

La titolazione dipende dall’indicatore usato: se viene usato il metilarancio l’acido cloridrico usato titolerà entrambe le basi:

volume di HCl = volume di acido per la neutralizzazione di NaOH e Na₂CO₃

ovvero: Eq di HCl = Eq di NaOH + g eq di Na₂CO₃

Se viene usata la fenolftaleina essa titolerà l’idrossido di sodio e la metà del carbonato di sodio:

volume di HCl = volume di acido per la neutralizzazione di NaOH + ½ volume di acido necessario per la titolazione di Na₂CO₃

ovvero: ovvero: Eq di HCl = Eq di NaOH + ½  g eq di Na₂CO₃

Detti x = m Eq di NaOH e y = m Eq di Na₂CO₃

I m Eq di HCl sono pari a 25.00 mL∙0.200 N = 5.00

5.00 = x + ½ y

Nella titolazione in cui si usa il metilarancio l’acido, come detto, titola sia NaOH che Na₂CO₃ pertanto:

m Eq di HCl = m Eq di NaOH +  Na₂CO₃

i milliequivalenti di HCl sono pari a 60.0 mL∙0.100 N = 6.00

da cui 6.00 = x + y

pertanto si deve risolvere il sistema di due equazioni in due incognite:

5.00 = x + ½ y

6.00 = x + y

Dalla (1 equazione si ha 10.0 = 2x + y

Da cui y = 10.0 – 2x

Sostituendo a y il valore ricavato nella seconda equazione:

6.00 = x + 10.0 -2x

– 4.00 = -x

Da cui x = 4.00 = m Eq di NaOH = 0.00400 eq e conseguentemente y = 10.0 – 2 ( 4.00) = 2.00 = m Eq di Na₂CO₃ = 0.00200 eq

Si devono ora convertire gli equivalenti contenuti in un determinato volume in g/L

Si ricordi che Equivalente = grammi / Peso Equivalente e che Peso Equivalente = Peso molecolare / n dove n per le basi come NaOH è il numero di ioni OH^– messi in gioco nella reazione mentre nel caso di sali come Na₂CO₃ corrisponde al numero di cariche associate all’anione.

Nel caso di NaOH n = 1 pertanto Peso Equivalente = Peso molecolare / 1 = 40 da cui Eq = grammi / 40 ovvero 0.00400 = grammi / 40

Grammi = 0.16 contenuti in 25 mL

Concentrazione di NaOH espressa in g/L = 0.16 g/ 0.025 L = 6.4 g/L

Nel caso di Na₂CO₃ n = 2 e quindi Peso Equivalente = Peso molecolare / 2 = 106/2 = 53 da cui Eq = grammi / 53

0.00200 = grammi / 53

Grammi = 0.106 contenuti in 25 mL

Concentrazione 0.106 g/ 0.0250 L = 4.24 g/L

2)      Una soluzione di Na₂CO₃ e NaHCO₃ avente volume di 25.0 mL è titolata con 40.0 mL di HCl 0.100 N usando come indicatore il metilarancio. Un ugual volume di tale soluzione è titolato da 15.0 mL di HCl 0.100 N usando come indicatore la fenolftaleina. Determinare le concentrazioni dei due sali presenti nella soluzione

L’analisi dipende dall’indicatore usato; se viene usato il metilarancio l’acido cloridrico usato titolerà entrambe le basi:

volume di HCl usato = volume di acido necessario per la neutralizzazione di Na₂CO₃ e NaHCO₃

ovvero:

Eq di HCl = Eq di Na₂CO₃ + Eq di NaHCO₃

Seè usata la fenolftaleina essa titolerà la metà del carbonato di sodio:

volume di HCl usato = volume di acido necessario per la neutralizzazione di ½  Na₂CO₃

ovvero: Eq di HCl = ½ g Eq di Na₂CO₃

milliequivalenti di HCl usati nella prima titolazione = 40.0 mL∙0.100 N = 4.00

detti x = m Eq di Na₂CO₃  e detti y = m Eq di NaHCO₃ si ha:

4.00 = x + y

milliequivalenti di HCl usati nella seconda titolazione = 15.0 mL∙0.100 N = 1.50

da cui 1.50 = ½ m Eq di Na₂CO₃

ovvero m eq di ½  Na₂CO₃  = 3.00 = 0.00300 Eq  ( n=2)

Peso equivalente di Na₂CO₃  = grammi/ 53

Grammi = 0.00300 ∙ 53 = 0.159 contenuti in 25.0 mL

Concentrazione di Na₂CO₃ = 0.159 g/ 0.0250 L = 6.36 g/L

i m Eq di NaHCO₃ sono quindi pari a 4.00 – 3.00 = 1.00 = 0.00100 Eq  (n=1)

Peso Equivalente di NaHCO₃ = grammi/ 84

Grammi = 0.00100∙84 = 0.0840 contenuti in 25.0 mL

Concentrazione di NaHCO₃ = 0.0840 g/ 0.0250 L = 3.36 g/L